JP6756593B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、チャック対象物を把持するチャック装置に関する。

従来より、工作機械にワークを固定し、又は、切削工具などの加工ツールを固定してワークを加工ツールで加工する際に、当該ワーク又は加工ツールなどのチャック対象物をチャッキングするチャック装置が種々知られており、また、様々なチャック装置が提案されてきている。

このような、チャック装置は、例えば、金属製の複数のチャック爪を有しており、当該チャック爪が接近方向に移動してチャック対象物の表面に圧接することにより、チャック対象物を把持している（例えば特許文献１参照）。または、チャック装置は、互いに接近方向及び離反方向に移動可能な金属ブロックの対向する面にＶ字溝が形成されており、このＶ字溝にチャック対象物を挿入した状態で、金属ブロックを接近させることにより、当該金属ブロックでチャック対象物を挟んで把持している（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−９５６３３号公報 特開２００９−１８３７９号公報

しかし、従来のチャック装置は、複数の爪やブロックなどの把持部材をチャック対象物に接近させてこれらの把持部材で挟んで把持する構成であるので、チャック対象物の把持部材に当接する位置にチャック圧が集中する。このため、チャック対象物の強度が低い場合には、必要な把持力を加えるとチャック対象物の変形や破壊が発生する問題がある。したがって、チャック対象物は、チャッキングしたときに把持部材との接触面積がある程度大きくなる形状でなければならない。

以上のように、従来のチャック装置は、チャック対象物が限られた形状の場合にしかチャックすることができず、他の形状のチャック対象物をチャッキングする場合には、その形状に応じた爪やブロックなどの把持部材を用意する必要があった。また、寸法精度に誤差があり、且つ、強度が低いチャック対象物を多数加工する必要がある場合には、十分な把持力でチャッキングすることができず、加工精度や歩留まりに問題が発生していた。

そこで本発明は、チャック対象物の形状に関らずチャック圧の過度の集中を抑制することができるチャック装置を提供することを目的とする。

本発明のチャック装置は、外部に向けて開口しチャック対象物の一部が挿入される挿入孔と、前記挿入孔に連通する内部空間と、前記内部空間に収容される多数の球体と、前記内部空間の一部の内壁を形成しており、前記内部空間に対して突出及び退入可能にスライドし、前記内部空間の容積を拡張及び縮小可能な容積可変手段であるスライド体と、を備え、前記挿入孔に前記チャック対象物の一部を挿入して当該挿入孔を閉塞し、前記内部空間の容積を縮小させて当該内部空間に収容されている前記多数の球体を加圧することで、当該多数の球体を互いに不動状態とし、前記チャック対象物の一部を前記多数の球体でチャッキングすることを特徴とするチャック装置であって、前記内部空間の前記挿入孔と逆側の位置で前記内部空間に連通するピン孔が、前記スライド体に形成されており、長手棒材のピンが前記ピン孔に出入り可能に挿入されており、前記ピンは、前記ピン孔から前記内部空間に突出し、当該ピンの先端が内部空間から前記挿入孔を通過して外部に突出し、当該挿入孔を閉塞可能であるとともに、前記ピンの先端が前記挿入孔の外部に突出した状態から当該ピンの先端が前記ピン孔内に退入した状態まで前記ピンを移動させつつ、前記チャック対象物の一部を挿入孔から内部空間内に挿入可能であり、前記ピンは、その先端が前記チャック対象物を前記内部空間から前記挿入孔を通して外部に押出可能であることを特徴としている。

また、本発明のチャック装置は、前記チャック対象物は精度誤差を有する円柱又は円筒であることを特徴としている。

さらにまた、本発明のチャック装置は、前記スライド体は、円柱状であり、軸方向の一方の端面が前記内壁を形成する円錐孔状に形成されることを特徴としている。

本発明のチャック装置によると、閉塞された内部空間で容積可変手段により当該内部空間の容積を縮小させることにより、当該内部空間に収容される多数の球体を加圧し、球体同士が互いに圧接することで、当該球体が移動及び回転不能に維持される。そして、チャック対象物の一部が内部空間に挿入されているので、チャック対象物も球体に圧接されて移動不能に維持されるので、チャック対象物をチャッキングすることができる。このときチャック対象物は多数の球体に圧接されることでチャッキングされているので、チャック対象物に加わるチャック圧を多数の箇所に分散することができる。そして、チャック装置は、チャック対象物を挿入孔に挿入する際には、内部空間の容積を拡大して、多数の球体が自由に移動可能にしておき、チャック対象物を挿入後に内部空間の容積を縮小させて、多数の球体及びチャック対象物を移動不能にするので、チャック対象物の形状に応じて多数の球体が移動し、当該チャック対象物の表面に多数の球体が圧接した状態で、当該球体が移動及び回転不能に維持されるので、チャック対象物の形状に関らずチャック対象物に加わるチャック圧を均等に分散することができる。

本発明のチャック装置によると、チャック対象物が円柱又は円筒であり、精度誤差を有しているので、例えば爪状やブロック状の把持部材で挟んで固定する場合には、当該精度誤差を考慮して複雑な制御を行ってチャック対象物を把持する必要があり、またチャック対象物の精度誤差によっては一部にチャック圧が集中する問題があるが、本発明のチャック装置では、多数の球体が内部空間の縮小に伴って移動して、チャック対象物に圧接するので、複雑な制御を必要とせず、また、チャック対象物に多数の球体が均等なチャック圧を加えることができる。

また、本発明のチャック装置によると、ピン孔に出入り可能なピンが、チャック対象物を押出可能であるとともに、挿入孔を閉塞可能であるので、前記ピンでチャック対象物を挿入孔から押し出しだすと、当該ピンが挿入孔に差し込まれて、挿入孔を閉塞するので、挿入孔をチャック対象物及びピンで常に閉塞することができ、内部空間の多数の球体が外部に排出されることを防止できる。

さらに、本発明のチャック装置によると、容積可変手段は内部空間の一部の内壁を形成しており、内部空間に対して突出及び退入可能にスライドするスライド体であるので、簡単な構成で内部空間の容積を拡大及び縮小することができる。

さらにまた、本発明のチャック装置によると、前記スライド体は、軸方向の一方の端面が前記内壁を形成する略円柱状であり、当該端面が円錐孔状に形成されるので、スライド体が内部空間に対して突出方向にスライドするとき、内壁の一部を成す端面が円錐孔状に形成されていることで、平坦な面である場合に比べて球体と接する面積を大きくすることができ、広い範囲の球体をスライド体のスライド方向よりも斜めに内部空間の中央に向かうように押圧することができ、球体をスムーズに移動させることができ、チャック装置の把持力を適切な範囲とすることができる。

スライド体が円筒部から引き出させる方向にスライドし、内部空間の容積が拡張された状態であり、且つ、ピン７の先端が内部空間から挿入孔を通過して外部に突出する位置に保持された状態のチャック装置の全体構成を示す断面図。 図１における蓋部、円筒部、及びスライド体を示す一部拡大図。 ピン７の先端の突出部７１にチャック対象物２を外挿するように配置した状態のチャック装置の全体構成を示す断面図。 ピンの先端がピン孔内に退入した状態の一部省略拡大図。 スライド体が内部空間にせり出して、内部空間の容積を縮小させた状態を示すチャック装置の全体構成を示す断面図 図５における蓋部、円筒部、及びスライド体を示す一部拡大図。 寸法精度に誤差を有するチャック対象物をチャック装置がチャッキングする状態を説明する図。 上方に挿入孔が形成されているほかは内部空間が閉じられた空間となっている変形例のチャック装置を示す断面図。 変形例のチャック装置においてチャック対象物を挿入孔に挿入した状態を示す断面図。 変形例のチャック装置において、上蓋を下方に移動させてスライド体を内部空間にせり出させることによって、内部空間の容積を縮小させた状態のチャック装置を示す断面図。

以下、本発明に係るチャック装置１の最良の実施形態について各図を参照しつつ説明する。チャック装置１は、図示しない工作機械の一部を成しており、チャック対象物２としてのワーク又は切削工具などの加工ツールを固定して、当該ワークを加工するものである。

チャック装置１は図１及び図２に示すように、内部空間１１を形成する円筒部３と、円筒部３の一端側を閉じる蓋部４と、円筒部３の他端側に挿入される容積可変手段としてのスライド体５と、内部空間１１に収容される多数の球体６と、チャック対象物２を押し出し可能なピン７と、スライド体５と当該スライド体５を移動させるスライド動作部８とを接続するスライド接続部９と、ピン７を移動させるピン動作部１０とを備えている。なお、図１、図３、及び図５においては、内部空間１１内に収容される球体６の記載を省略している。

円筒部３は例えば鋼製で内周面が内部空間１１の内壁一部を構成する円筒形状であり、スライド体５をほとんど隙間無く挿入できる内径を有している。蓋部４は鋼製で円筒部３の先端側に固定される円形平板形状であり、円筒部３と当接する面の中央に円錐形状の窪み部４１が形成されている。窪み部４１の円錐形状の頂点には、内部空間１１から外部に向けて貫通し、チャック対象物２を挿入可能な挿入孔４２が形成されている。チャック対象物２は例えば円筒形状であり、挿入孔４２はチャック対象物２の外周の径とほとんど同じか僅かに大きな径を有している。

スライド体５は例えば鋼製で円筒部３の蓋部４側と逆の端部から当該円筒部３の内部に挿入される円柱状であり、スライド体５の軸方向の一方の端面が円錐形状に窪む押圧部５１を形成している。押圧部５１の円錐形状の頂点にはピン７が出入り可能なピン孔５２が形成されている。窪み部４１に形成された挿入孔４２と押圧部５１に形成されたピン孔５２とは、円筒部３の中心軸に沿って直線状に配置されている。

内部空間１１は、円筒部３の内周面を挟んで両側に窪み部４１及び押圧部５１が形成された形状であり、円筒部３の中心軸を含む断面を見た場合に、窪み部４１及び押圧部５１が当該中心軸に対して、２２度の傾斜で内部空間１１の軸方向の端部に向かって縮径する形状である。

多数の球体６は、例えば直径０．５ｍｍの鋼球であり、内部空間１１内に１４００個収容されている。球体６の直径及び個数は、内部空間１１に収容可能であるとともに、チャック対象物２を内部空間１１に挿入して収容空間の容積を縮小したときに内部空間１１内で球体６が互いに当接しあって移動不能となる直径及び個数である。チャック対象物２が小さい場合には球体６の直径が小さいほうが好ましいが、球体６の個数が多すぎると球体６同士の摩擦力が大きくなり全ての球体６にスライド体５から加わる力を伝達することが困難となり、十分な把持力を発揮することが困難となる。

また、球体６の数が少なすぎると、チャック対象物２に当接する球体６の数も少なくなるため、チャック対象物２に加わるチャック圧が少ない箇所に集中する問題があるとともに、少ない箇所でチャック対象をチャックするので、この場合にも十分な把持力を発揮することが困難となる。球体６の数は、例えば１００個から１００００個までの範囲であることが好ましい。チャック対象物２を十分な把持力でチャックするとともにチャック対象物２に加わるチャック圧の集中を防ぐためである。また、球体６の直径は円筒形又は円柱形のチャック対象物２の場合に、チャック対象物２の径の２分の１以下であることが好ましい。チャック対象物２へのチャック圧の集中を防ぎつつチャック対象物２を安定的にチャックするためである。

ピン７は、例えば鋼製の円柱形の長手棒材であり、挿入孔４２及びピン孔５２に挿入可能な径である。ピン７を挿入孔４２及びピン孔５２に挿入した場合に、内部空間１１に収容されている球体６が外部に漏れださないように、ピン７の径は挿入孔４２及びピン孔５２の径と略同一又は僅かに小さく形成されている。ピン７にはピン７の径よりも小さい径の突出部７１が形成されている。この突出部７１に円筒形のチャック対象物２の端部が外挿することで、チャック対象物２の位置決めが行われ、チャック対象物２を安定した姿勢で内部空間１１に挿入することができる。なお、円筒部３、蓋部４、スライド体５、ピン７、球体６は、鋼材などの金属材料で形成されているがこれに限定されるものではなく、チャック対象物２の強度や大きさ及び必要となる把持力に応じて選択されるものである。

スライド接続部９は、スライド体５に連結されており、当該スライド体５を押し込み及び引き出し可能な筒状である。スライド接続部９は、スライド体５に接続される連結部９１と、連結部９１に接続される押し込み座９２と、押し込み座９２を移動させる押し込みネジ９３とを有している。スライド動作部８が押し込みネジ９３を回転させることによって、押し込み座９２がスライド体５のスライド方向に移動することで、スライド接続部９を介してスライド体５が内部空間１１に押し込まれる方向又は引き出される方向にスライドする。スライド体５にはスライド体５を内部空間１１から引き出す方向に付勢する戻しバネ９４が設けられている。

スライド動作部８は、スライド接続部９を介してスライド体５を移動させる動力であり、例えば図示しないモーターによって押し込みネジ９３を回転させるものであってもよく、又は手動のハンドルにより押し込みネジ９３を回転させるものであっても良い。

ピン動作部１０は、ピン７の先端を内部空間１１から挿入孔４２の外部に突出させた状態からピン７の先端がピン孔５２内に退入した状態までピン７を移動させることができる動力であり、例えばモーターなどの電動であっても手動であっても良い。また、ピン７の外周には、ピン７をピン孔５２内に退入する方向に付勢するピン戻しバネ７２がが設けられている。

以上のように構成されるチャック装置１を用いてチャック対象物２をチャッキングする際には、まず、図１及び図２に示すように、チャック装置１は、スライド体５が円筒部３から引き出させる方向にスライドし、内部空間１１の容積が拡張された状態に保持される。そして、ピン７は、当該ピン７の先端が内部空間１１から挿入孔４２を通過して蓋部４の外側の外部に突出する位置に保持される。図２に示すように、このとき内部空間１１の容積が拡張されているので、内部空間１１内の球体６は互いに圧接しておらずそれぞれが可動状態となっている。

そして、次に、図３に示すように、ピン７の先端の突出部７１に円筒形状のチャック対象物２を外挿するように配置する。この工程は例えば図示しない搬送装置によって自動的にチャック対象物２をピン７の先端に配置するものであっても良く、又は作業者が手動でチャック対象物２をピン７の先端に配置するものであっても良い。

そして、次に、図４に示すように、ピン動作部１０を動作させて、ピン７の先端が、内部空間１１から挿入孔４２の外部に突出した状態からピン７の先端がピン孔５２内に退入した状態までピン７を移動させる。このとき、チャック対象物２のピン７に当接していない側の端部を外部の装置又は作業者が押し込むことで、チャック対象物２の一部が挿入孔４２を通って内部空間１１内に配置される。このように動作させると、挿入孔４２にはピン７又はチャック対象物２のいずれかが常に挿入された状態とすることができるので、挿入孔４２を通して内部空間１１に収容されている球体６が外部に漏れることが防止できる。

そして、次に、図５及び図６に示すように、スライド動作部８を動作させて、スライド体５を内部空間１１に押し込む方向に移動させる。具体的にはスライド動作部８の動作により押し込みネジ９３が回転し、押し込み座９２及び連結部９１が押し込み方向に移動し、スライド体５が押し込み方向に移動する。これによって、内部空間１１の内壁の一部を構成しているスライド体５の押圧部５１が内部空間１１に向かってせり出し、内部空間１１の容積を縮小させる。

内部空間１１の容積が縮小すると、内部空間１１に収容される多数の球体６が加圧され、球体６同士が互いに圧接することで、当該球体６が移動及び回転不能に維持されるとともに、挿入孔４２から内部空間１１に挿入されれているチャック対象物２も球体６との当接箇所が圧接されて、当該球体６の摩擦力によりチャック対象物２が移動不能に把持される。このときチャック対象物２は多数の球体６に圧接されることでチャッキングされているので、チャック対象物２に加わるチャック圧を多数の箇所に分散することができる。しかも、内部空間１１の容積を拡張して、多数の球体６が自由に移動できる状態で、チャック対象物２を挿入し、その後、内部空間１１の容積を縮小させて、多数の球体６及びチャック対象物２を移動不能にしているので、多数の球体６がチャック対象物２の形状に応じて移動した状態でチャック対象物２の表面に圧接することとなるので、チャック対象物２の形状に関らずチャック対象物２に加わるチャック圧を均等に分散することができる。

したがって、図７に示すように、チャック対象物２の形状は円筒形状ではあるものの、寸法精度に誤差があっても良い。なお、図７におけるチャック対象物２は、わかりやすく示すため、寸法精度の誤差を大きく記載している。このようにチャック対象物２の寸法精度に誤差がある場合であっても、内部空間１１に収容されている多数の球体６を加圧して当該球体６によりチャッキングさせるものであるので、これらの球体６がチャック対象物２の形状に応じて移動した状態で圧接するので、チャック対象物２の表面の形状に沿って球体６が配置されそれぞれの球体６がほぼ均等にチャック対象物２にチャック圧を加えることができるので、チャック対象物２を確実に把持することができる。なお、特にチャック対象物２の強度が低い場合には、このようなチャック圧を分散できる構成が有利である。

また、内部空間１１は、窪み部４１及び押圧部５１が内部空間１１の中心軸に対して、２２度の傾斜で当該内部空間１１の軸方向の端部に向かって縮径する形状であるので、スライド体５が内部空間１１に対して突出方向にスライドして、押圧部５１が内部空間１１にせり出すとき、窪み部４１及び押圧部５１が傾斜していることで、内部空間１１の軸方向の両端が平坦な面である場合に比べて球体６と接する面積を大きくすることができ、広い範囲の球体６をスライド体５のスライド方向よりも斜めに内部空間１１の中央に向かう方向に押圧することができ、球体６をよりスムーズに移動させることができ、チャック装置１の把持力を適切な範囲とすることができる。

なお、本発明のチャック装置１は、上述の実施形態のものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では内部空間１１に挿入孔４２及びピン孔５２が形成されていたが、チャック装置１は、上方にチャック対象物２を挿入可能な挿入孔４２が形成されているほかは、内部空間１１が閉じられた空間となっていてもよい。

すなわち、図８に示すように、チャック装置１は、多数の球体６が収容された有底の収容部１２が形成された本体１３と、挿入孔４２が形成され、収容部１２に挿入可能なスライド体５を有する上蓋１４とを有する構成であってもよい。この構成によると、内部空間１１は収容部１２とスライド体５の下面とから構成されており、まず、図９に示すように、挿入孔４２にチャック対象物２を挿入し、その後、上蓋１４を下方に移動させることによりスライド体５を内部空間１１にせり出させることによって、内部空間１１の容積を縮小させ、図１０に示すように、多数の球体６を内部空間１１内で互いに圧接させて、チャック対象物２にチャック圧を加える。

したがって、チャック対象物２は、球体６がチャック対象物２の形状に応じて移動した状態で圧接するので、チャック対象物２の表面の形状に沿って球体６が配置されそれぞれの球体６がほぼ均等にチャック対象物２にチャック圧を加えることができるので、チャック対象物２を確実に把持することができる。このような変形例では簡単な構成でチャック装置１を実現できる。

なお、本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。

本発明に係るチャック装置１は、たとえば工作機械にワークを固定し、又は、切削工具などの加工ツールを固定するチャック装置１として、好適に用いることができる。

１ チャック装置
２ チャック対象物
５ スライド体
６ 球体
７ ピン
１１ 内部空間
４２ 挿入孔
５２ ピン孔

Claims (3)

1. 外部に向けて開口しチャック対象物の一部が挿入される挿入孔と、
   前記挿入孔に連通する内部空間と、
   前記内部空間に収容される多数の球体と、
   前記内部空間の一部の内壁を形成しており、前記内部空間に対して突出及び退入可能にスライドし、前記内部空間の容積を拡張及び縮小可能な容積可変手段であるスライド体と、
   を備え、
   前記挿入孔に前記チャック対象物の一部を挿入して当該挿入孔を閉塞し、
   前記内部空間の容積を縮小させて当該内部空間に収容されている前記多数の球体を加圧することで、当該多数の球体を互いに不動状態とし、前記チャック対象物の一部を前記多数の球体でチャッキングすることを特徴とするチャック装置であって、
   前記内部空間の前記挿入孔と逆側の位置で前記内部空間に連通するピン孔が、前記スライド体に形成されており、
   長手棒材のピンが前記ピン孔に出入り可能に挿入されており、
   前記ピンは、前記ピン孔から前記内部空間に突出し、当該ピンの先端が内部空間から前記挿入孔を通過して外部に突出し、当該挿入孔を閉塞可能であるとともに、
   前記ピンの先端が前記挿入孔の外部に突出した状態から当該ピンの先端が前記ピン孔内に退入した状態まで前記ピンを移動させつつ、前記チャック対象物の一部を前記挿入孔から前記内部空間内に挿入可能であり、
   前記ピンは、その先端が前記チャック対象物を前記内部空間から前記挿入孔を通して外部に押出可能であることを特徴とするチャック装置。
2. 前記チャック対象物は精度誤差を有する円柱又は円筒であることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記スライド体は、円柱状であり、軸方向の一方の端面が前記内壁を形成する円錐孔状に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチャック装置。

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